Вестник КрасГАУ. 2018. № 4

116

УДК 629.114.2 Н.И.Селиванов, С.Ю. Журавлев

АДАПТАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕСНОГО ТРАКТОРА К ЗОНАЛЬНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ ПОЧВООБРАБОТКИ

N.I. Selivanov, S.Yu. Zhuravlev

THE ADAPTATION OF THE PARAMETERS OF A WHEELED TRACTOR TO ZONAL

TECHNOLOGY CULTIVATION

Селиванов Н.И. – д-р техн. наук, проф., зав. каф. тракторов и автомобилей Красноярского государ-ственного аграрного университета, г. Красноярск. E-mail: info@kgau.ru

Selivanov N.I. – Dr. Techn. Sci., Prof., Head, Chair of Tractors and Cars, Krasnoyarsk State Agrarian Universi-ty, Krasnoyarsk. E-mail: info@kgau.ru

Журавлев С.Ю. – канд. техн. наук, доц. каф. механи-зации и технического сервиса в АПК Красноярского государственного аграрного университета, г. Красно-ярск. E-mail: SUJ61@mail.ru

Zhuravlev S.Yu. – Cand. Techn. Sci., Assoc. Prof., Chair of Mechanization and Technical Service in Agrari-an and Industrial Complex, Krasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk. E-mail: SUJ61@mail

Цель работы – обоснование тягово-

скоростных диапазонов и параметров энергона-сыщенных колесных тракторов улучшенной клас-сической компоновки для зональных технологий почвообработки. Задача исследований: обоснова-ние рациональных эксплуатационных параметров тягово-динамической характеристики колесного 4К4а трактора 5-го класса тяги на основе вариа-ции балластирования и применения сдвоенных и одинарных колес для реализации разных групп технологических операций почвообработки. Реше-ние задач проводилось с учетом технической ха-рактеристики трактора JohnDeere 8310R и усло-вий комплектации съемными балластными груза-ми. По результатам исследований установлены рациональные тягово-скоростные диапазоны и параметры колесного трактора 4К4а JohnDeere 8310R с максимальной эксплуатационной мощно-стью 226 кВт путем вариации балластирования на одинарных и сдвоенных колесах. При обоснова-нии массо-энергетических параметров использо-вана универсальная методика прогнозирования показателей тяговой характеристики трактора в составе агрегатов, выполняющих различные технологические операции почвообработки. Ре-зультаты моделирования показали целесообраз-ность и эффективность применения балластных грузов при регулировании эксплуатационной массы для обеспечения наивысших тягово-энергетических показателей трактора в рацио-нальном интервале рабочих скоростей при реали-зации ресурсосберегающих технологий почвообра-ботки. Оснащение трактора сдвоенными колесами позволяет увеличить тяговый КПД на 6,7 % в пре-делах рационального тягового диапазона, ограни-ченного минимальным и максимальным буксовани-

ем. Наиболее универсальным является трактор с удельной массой уд

= 66,09 кг/кВт ( э =14936 кг)

при комплектации сдвоенными (2К) колесами. Трактор, имеющий такие массоэнергетические параметры, обладает существенными преимуще-ствами по сравнению с другими комплектациями при выполнении операций почвообработки всех трех основных групп.

Ключевые слова: трактор, удельные пара-метры, рабочая скорость, балластирование, опе-рации почвообработки.

The study purpose was the justification of traction

and high-speed ranges and parameters of power satu-rated wheel tractors of improved classical configuration for zone technologies of tillage. The research problem was the justification of rational operational parameters of traction dynamic characteristics wheel 4k4a tractor of the 5-th class of draft on the basis of the variation of ballasting and application of dual and unary wheels for the realization of different groups of technological opera-tions of tillage. The decision of research problems was passed taking into account technical characteristics of JohnDeere 8310R tractor and conditions of complete set by removable ballast freights. By the results of re-searches rational traction and high-speed ranges and parameters of wheel tractor 4K4a JohnDeere 8310R with the maximum operational power of 226 kW by bal-lasting variation on unary and dual wheels were estab-lished. At justification of mass power parameters univer-sal technique of forecasting of indicators of the traction characteristic of the tractor as a part of the units carrying out various technological operations of tillage was used. The results of modeling showed the expediency and efficiency of application of ballast freights at regulation of operational weight for providing the highest traction

Технические науки

117

and power indicators of the tractor in rational interval of working speeds at the realization of resource-saving technologies of tillage. The equipment of tractor with dual wheels allows increasing traction efficiency by 6.7 % within rational traction range limited to the mini-mum and maximum slipping. The most universal is the tractor with a specific weight = 66.09 kg/kW (=14936 kg) at complete set dual (2K) wheels. The tractor having such weight power parameters has essential ad-vantages in comparison with other complete sets when performing operations of tillage of all three main groups.

Keywords: tractor, specific parameters, working speed, ballasting, operations of cultivation.

Введение. Требования ресурсосбережения и

высокой производительности при реализации тех-нологий возделывания зерновых и кормовых куль-тур в условиях рыночной экономики предполагают необходимость максимальной адаптации энергона-сыщенных колесных тракторов, как основных мо-бильных энергосредств, к природно-производственным условиям [1]. Основным адапти-руемым параметром энергонасыщенного колесного трактора с установленной характеристикой двигате-ля, регулируемым до начала технологического про-цесса, является величина распределения по осям эксплуатационной массы э. Ее регулируют уста-новкой съемных балластных грузов, заполнением жидкостью шин, оснащением сдвоенными колесами [2]. Предельный уровень балластирования (отноше-ние максимальной массы трактора к минимальной) достигает 1,40, причем только за счет съемных гру-зов на одинарных и сдвоенных колесах до 1,25–1,30.

Условия балластирования колесных 4К4а трак-торов определяются рациональным диапазоном тяговых усилий и интервалом рабочих скоростей в современных технологиях почвообработки. Поэтому обоснование рационального тягово-скоростного диапазона и массоэнергетических параметров ко-лесных 4К4а тракторов для зональных технологий почвообработки является актуальным и существен-но важным для реализации системы ресурсосбере-жения в отрасли растениеводства.

Цель работы. Обоснование тягово-скоростного диапазона и удельных параметров колесного 4К4а трактора для зональных технологий почвообработки.

Задачи исследований: установить рациональ-ный тяговый диапазон использования трактора; обосновать эксплуатационные параметры тракторов для реализации ресурсосберегающих технологий почвообработки.

Материалы и методы исследований. Решение задач исследований проводилось с учетом техниче-ской характеристики трактора John Deere 8310R и условий комплектации съемными балластными гру-

зами. Комплект балласта включает грузы для задних и передних колес с максимальной массой соответ-ственно 635 и 280 кг. На переднем кронштейне могут быть размещены грузы массой до 1000 кг. Эксплуа-тационная мощность двигателя, согласно стендовой характеристике, составляет в номинальном режиме

э= 205 кВт, максимальная мощность дизеля = 226 кВт. При определении параметров трактора и его тяговой характеристики учитывались требования для разных групп технологических опе-раций основной обработки почвы по рабочей скоро-сти движения агрегата [3]:

1) отвальная вспашка и глубокое рыхление с но-минальным значением и интервалом н

= 2,2± 0,25 м/с;

2) послеуборочная безотвальная комбинирован-ная обработка (сплошная культивация), дискование и чизелевание н

= 2,7±0,3 м/с; 3) поверхностная послеуборочная обработка

(лущение стерни), предпосевная обработка, обра-ботка и посев по нулевой технологии н

=3,3± 0,5 м/с.

Сопоставление расчетных массоэнергетических параметров трактора с различной эксплуатационной массой э при выполнении всех трех групп опера-ций позволило установить наиболее рациональные значения удельной массы уд

при обоснованных

тягово-скоростных режимах. Расчетные значения уд

(кг/кВт) определялись

по соотношению [4]

уд

Т

кр н

( )

где Т – тяговый КПД; – ускорение силы тяжести;

кр – коэффициент использования сцепного веса;

н – номинальная скорость движения агрегата, м/с. Оптимальная величина эксплуатационной массы

трактора э на одинарных (1К) и сдвоенных (2К)

колесах без балласта и с балластными грузами, со-ответствующая значениям уд

, рассчитывалась по

формуле [5]

э уд

еэ ( )

где еэ – эксплуатационная мощность дизеля трак-тора, кВт;

– оптимальная степень использования

мощности двигателя. Буксование δ и другие основные параметры по-

тенциальной тяговой характеристики трактора для

различных значений кр устанавливали по выраже-

ниям:

Вестник КрасГАУ. 2018. № 4

118

( кр )

( кр) ( )

Т тр ( ) кр

( кр ) ( )

кр э кр ( )

н Т

( кр уд )

( )

кр ( э

Т) уд ( )

где a, b, d – расчетные коэффициенты (a = 0,163; b

= 0,979; d=0,04 для 2К); тр – КПД трансмиссии; f –

коэффициент сопротивления качению (для 1К – f = 0,08; для 2К – f = 0,06); кр – сила тяги, кН; кр –

тяговая мощность трактора, кВт. Результаты исследований и их обсуждение.

По результатам полевого и вычислительного экспе-риментов дана оценка тягово-сцепных свойств трак-тора JD-8310R с одинарными и сдвоенными колеса-ми на стерне колосовых (рис., табл.). Полученные графические зависимости т, δ = ( кр) позволили

определить рациональные тяговые диапазоны ( кр - кр ) трактора, ограниченные мини-

мальным = 0,08 и максимальным =0,15 буксованием. На одинарных колесах этот диапазон находится в пределах 0,32–0,465, а на сдвоенных несколько смещен (0,34–0,475) в сторону больших значений кр.

С вероятностью функционирования трактора не менее 0,90 в пределах указанного диапазона обос-

нованы средние значения номинальных тяговых режимов: для выполнения наиболее энергоемких операций почвообработки первой группы при н

=

2,20 м/с, кр н =0,45; на операциях второй группы с

н = 2,70 м/с, кр н =0,41; для наиболее энергоем-

ких операций третьей группы при н = 3,30 м/с,

кр н = 0,37 соответствует режиму максимального

тягового КПД. Снижение коэффициента сопротивления пере-

движению с =0,08 на одинарных колесах до =0,06 на сдвоенных колесах обеспечило повыше-

ние тягового КПД т в пределах рационального тя-гового диапазона на 6,7 %. Оптимальные значения удельной массы для каждой группы операций уве-

личились при этом адекватно повышению т. Анализ расчетных данных по значениям эксплу-

атационных параметров трактора с различной вели-чиной э

(табл., рис.) позволяет сделать следую-щие выводы.

При выполнении отвальной вспашки (операции первой группы) в тяговом диапазоне, ограниченном буксованием 0,08 ≤ δ ≤ 0,15, наиболее эффективен трактор с удельной массой уд

= 68,44 кг/кВт и

комплектацией 1К. Диапазон буксования трактора δ = 0,08–0,15 позволяет максимально использовать возможности колесной схемы 4К4 за счет оптималь-ного распределения удельной и, соответственно, эксплуатационной массы. Для других операций пер-вой группы предпочтительно использовать в составе агрегата трактор с удельной массой 73,08 кг/кВт на сдвоенных колесах при одинаковом значении кр н =0,45. Величина номинального тягового КПД

при этом увеличивается с 0,667 до 0,709 (табл.).

Оптимальные параметры трактора для основных групп операций обработки почвы

Группа операций

н

м/с Комплектация кр н

т н

уд ,

кг/кВт

э ,

кг

( ) ,

м/с

1 2,2 1К 0,45 0,664 68,44 15467 2,12–3,14

2К 0,45 0,709 73,08 16516 1,94–2,96

2 2,7 1К 0,41 0,673 62,04 14021 2,34–3,46

2К 0,41 0,717 66,09 14936 2,27–3,27

3 3,3 1К 0,37 0,676 56,49 12768 2,57–3,8

2К 0,37 0,721 60,26 13619 2,49–3,59

Технические науки

119

Характеристики Т, δ = f( кр) трактора «John Deere 8310R» с одинарными

(1К) и сдвоенными (2К) колесами

На операциях почвообработки второй группы трактор John Deere 8310R в комплектации 1К наибо-лее эффективен с удельной массой уд

=62,04 при

буксовании δ = 0,126. Установка сдвоенных колес позволяет при этой же величине балластных грузов снизить δ до 0,106 и увеличить тяговую мощность кр от 150 до 162 кВт.

На операциях третьей группы максимальная энергетическая эффективность достигнута при удельной 60,26 кг/кВт и, соответственно, эксплуата-ционной массе э= 13619 кг и сдвоенных колесах.

Трактор с комплектацией уд = 56,49 кг/кВт 1К

может быть использован для выполнения операций третьей группы и транспортных работ.

С удельной массой уд = 62,04 кг/кВт на оди-

нарных колесах рассматриваемый трактор имеет наилучшие (для данной комплектации) показатели на операциях второй и третьей группы.

Комплектация 1К с удельной массой уд =

68,44 кг/кВт, при необходимости, может быть ис-пользована, кроме вспашки, на операциях первой и второй групп. Но она менее предпочтительна по сравнению с трактором на сдвоенных колесах при уд

= 73,08 кг/кВт.

Трактор с минимальным балластированием ( уд

= 60,26 кг/кВт), оснащенный сдвоенными коле-

сами, имеет тяговую мощность до 163 кВт в диапа-

зоне ( – ). Однако установленный

для данной комплектации интервал рабочих скоро-стей ( )

=2,49–3,59 м/с не позволяет использовать его на операциях первой группы.

При выполнении всех трех групп операций почво-обработки в составе различных мобильных агрегатов для трактора John Deere 8310R наиболее рациональ-ное значение

= 66,09 кг/кВт ( = 14936 кг) на

сдвоенных колесах. Данный вариант адаптирующих воздействий на эксплуатационные параметры трак-тора наиболее приемлем, исходя из параметров тя-говой характеристики и допустимого диапазона рабо-чих скоростей ( )

трактора. Максимальное балластирование (

=

73,08 кг/кВт) в комплектации 2К дает трактору ощу-тимое преимущество при выполнении первой группы операций с учетом скорости

=2,2 м/с и тяговой мощности трактора = 160 кВт по сравнению с

комплектацией 1К и = 68,44 кг/кВт ( = 150 кВт).

Однако использование указанной комплектации на операциях второй и третьей групп не дает преиму-ществ.

Выводы

1. С учетом ограничений на буксование δ = 0,08–

0,15 рациональный тяговый диапазон ( –

Вестник КрасГАУ. 2018. № 4

120

) для комплектаций трактора JD-8310R с

одинарными и сдвоенными колесами составил соот-ветственно 0,320–0,465 и 0,340–0,475.

2. Наиболее рациональной для выполнения всех трех групп операций почвообработки является мас-са трактора = 14936 кг при

= 66,09 кг/кВт на

сдвоенных колесах. При такой величине тракто-ра тяговые агрегаты разного технологического назначения имеют наивысшие показатели энергети-ческой эффективности в пределах номинального тягового диапазона ( = 0,370–0,450).

Литература

1. Парфенов А.П. Тенденции развития конструк-

ций сельскохозяйственных тракторов // Тракто-ры и сельхозмашины. – 2015. – № 5. – С. 42–47.

2. Селиванов Н.И., Селиванов И.А., Шрайнер Э.Г. Технологическая потребность в высокомощных колесных тракторах // Вестн. КрасГАУ. – 2014. – № 5. – С. 215–220.

3. Селиванов Н.И. Эксплуатационные параметры колесных тракторов высокой мощности // Вестн. КрасГАУ. – 2014. – № 3. – С. 176–184.

4. Селиванов Н.И., Макеева В.Н. Эксплуатацион-ные параметры колесных тракторов для зо-

нальных технологий почвообработки // Вестн. КрасГАУ. – 2015. – № 2. – С. 56–63.

5. Селиванов Н.И., Макеева В.Н. Рациональное использование энергонасыщенных колесных тракторов в технологиях почвообработки // Вестн. КрасГАУ. – 2017. – № 3. – С. 58–65.

Literatura

1. Parfenov A.P. Tendencii razvitija konstrukcij

sel'skohozjajstvennyh traktorov // Traktory i sel'hozmashiny. – 2015. – № 5. – S. 42–47.

2. Selivanov N.I., Selivanov I.A., Shrajner Je.G. Tehnologicheskaja potrebnost' v vysokomoshhnyh kolesnyh traktorah // Vestn. KrasGAU. – 2014. – № 5. – S. 215–220.

3. Selivanov N.I. Jekspluatacionnye parametry kole-snyh traktorov vysokoj moshhnosti // Vestn. KrasGAU. – 2014. – № 3. – S. 176–184.

4. Selivanov N.I., Makeeva V.N. Jekspluatacionnye parametry kolesnyh traktorov dlja zonal'nyh tehnologij pochvoobrabotki // Vestn. KrasGAU. – 2015. – № 2. – S. 56–63.

5. Selivanov N.I., Makeeva V.N. Racional'noe ispol'zovanie jenergonasyshhennyh kolesnyh traktorov v tehnologijah pochvoobrabotki // Vestn. KrasGAU. – 2017. – № 3. – S. 58–65.

УДК 539.3+532.5 И.О. Богульский

ХРУПКОЕ РАЗРУШЕНИЕ ЛЕДЯНОГО СЛОЯ ПРИ ПОНИЖЕНИИ УРОВНЯ ВОДЫ

I.O. Bogulsky

BRITTLE FRACTURE OF ICE LAYER UNDER WATER LEVEL LOWERING

Богульский И.О. – д-р физ.-мат. наук, проф. каф. высшей математики и компьютерного моделирова-ния Красноярского государственного аграрного уни-верситета, г. Красноярск. E-mail: bogul.io@ya.ru

Bogulsky I.O. – Dr. Phys. and Math. Sci., Prof., Chair of Higher Mathematics and Computer Modeling, Krasno-

yarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk. E-mail: bogul.io@ya.ru

Настоящая работа продолжает изучение пове-

дения толстого ледяного поля, плавающего на поверхности воды, при понижении уровня воды. Ранее рассматривалась стационарная задача о равновесии ледяного слоя вблизи плоского участка берега. Были изучены различные способы контак-та с берегом, получено напряженно-деформируемое состояние ледяного поля, как со свободной верхней поверхностью, так и нагружен-

ного некоторой силой; выполнена оценка «опасной зоны». Натурные наблюдения разрушения льда говорят о наличии в ледяном поле двух характер-ных трещин: в месте контакта с берегом и на расстоянии 10–12 толщин. Однако в рамках ста-ционарной задачи не удается объяснить возникно-вение второй трещины. Все это приводит к необ-ходимости рассматривать динамику поведения ледяного поля после возникновения первой трещи-